属性python_Python属性描述符（一）
描述符是對多個屬性運用相同存取邏輯的一種方式，，是實現了特性協議的類，這個協議包括了__get__、__set__和__delete__方法。property類實現了完整的描述符協議。通常，可以只實現部分協議，如只實現了__get__或__set__，而不必把__get__、__set__和__delete__全部實現
現在，讓我們用描述符協議升級上一個章節Python動態屬性和特性（二）的LineItem類
圖1-1
我們將定義一個Quantity類，LineItem類會用到兩個Quantity實例：一個用于管理 weight屬性，另一個用于管理 price屬性。weight這個屬性出現了兩次，但兩次都有不同，一個是LineItem的類屬性，另一個是各個LineItem 對象的實例屬性，同理price
現在，讓我們看一些定義：
描述符類：實現描述符協議的類，比如__set__、__get__或__delete__方法，如圖1-1的Quantity類
托管類：把描述符實例聲明為類屬性的類，如圖1-1中的LineItem類中的weight和price都為類屬性，都為Quantity描述符類的實例
描述符實例：描述符類的各個實例， 聲明為托管類的類屬性，如LineItem類中的weight和price屬性
托管實例：托管類的實例，在圖1-1中，LineItem類的實例即為托管類實例
儲存屬性：托管實例中存儲自身托管屬性的屬性。在圖1-1中，LineItem實例的weight和price屬性是儲存屬性。這種屬性與描述符屬性不同，描述符屬性都是類屬性
托管屬性：托管類中由描述符實例處理的公開屬性，值存儲在儲存屬性中。也就是說，描述符實例和儲存屬性為托管屬性建立了基礎
下面，讓我們來看一個例子
class Quantity: # <3>
def __init__(self, storage_name): # <4>
self.storage_name = storage_name
def __set__(self, instance, value): # <5>
if value > 0:
instance.__dict__[self.storage_name] = value
else:
raise ValueError('value must be > 0')
class LineItem:
weight = Quantity('weight') # <1>
price = Quantity('price')
def __init__(self, description, weight, price): # <2>
self.description = description
self.weight = weight
self.price = price
def subtotal(self):
return self.weight * self.price
我們將上面的代碼與之前的定義對應起來，首先是Quantity類，我們之前說過，只要實現了__set__、__get__或__delete__方法的類，就是描述符類，所以Quantity毫無疑問的是描述符類，再來是LineItem，根據之前的定義，托管類中的類屬性，是描述符類的實例，LineItem類的weight和price兩個類屬性都是Quantity描述符類的實例，所以LineItem類即為托管類，再來，我們根據代碼中的標號分析一下代碼：
LineItem中兩個屬性weight和price為描述符實例
當實例化一個LineItem對象時，需傳入weight和price參數，由于這兩個屬性實現了描述符協議，所以關于weight和price的讀值、取值或者刪除值都可能關聯到對應同名類屬性Quantity實例中方法，由于Quantity類中只實現了__set__方法，所以這里讀值和刪除值不會觸發Quantity實例中的方法
Quantity為描述符類
Quantity實例有個storage_name屬性，這是托管實例中存儲值的屬性的名稱
當我們要設置LineItem實例中的weight或者price屬性，則會觸發__set__方法，這個方法中self為描述符實例，即為LineItem類中的weight或price的Quantity實例，instance為托管類實例，即為LineItem實例，value是我們要設置的值，如果判斷value大于0，則將其屬性名和屬性值設置到instance.__dict__字典里
現在讓我們來測試這個類，我們故意將傳入的price設為0：
truffle = LineItem('White truffle', 100, 0)
運行結果：
Traceback (most recent call last):
……
ValueError: value must be > 0
可以看到，在設置值得時候確實觸發了__set__方法
另外還要重復聲明一點：__set__方法中的參數，self和instance分別為描述符實例和托管類實例，instance代表要設置屬性的那個對象，而self（描述符實例）則保存了要設置屬性的屬性名，在上個例子中，如果我們在__set__方法要設置LineItem實例只能用這樣的方式：
instance.__dict__[self.storage_name] = value
如果嘗試用setattr()方法來賦值
class Quantity:
def __init__(self, storage_name):
self.storage_name = storage_name
def __set__(self, instance, value):
if value > 0:
setattr(instance, self.storage_name, value)
else:
raise ValueError('value must be > 0')
測試：
truffle = LineItem('White truffle', 100, 10)
運行結果：
Traceback (most recent call last):
……
RecursionError: maximum recursion depth exceeded
我們會發現，如果用setattr()方法來賦值，會產生堆棧異常，為什么會這樣呢？假設obj是LineItem實例，obj.price = 10和setattr(obj, "price", 10)一樣，都會調用__set__方法，如果用setattr()方法來設置值，會不斷調用__set__方法，最終產生堆棧異常
上面的例子，LineItem有個缺點，在托管類中每次實例化描述符時都要重復輸入屬性名，現在，讓我們再改造一下LineItem類，使得不需要輸入屬性名。為了避免在描述符實例中重復輸入屬性名，我們將每個Quantity實例中的storage_name屬性生成一個獨一無二的字符串，同時為描述符類加上__get__方法
import uuid
class Quantity:
def __init__(self): # <1>
cls = self.__class__
prefix = cls.__name__
identity = str(uuid.uuid4())[:8]
self.storage_name = '_{}#{}'.format(prefix, identity)
def __get__(self, instance, owner): # <2>
return getattr(instance, self.storage_name)
def __set__(self, instance, value): # <3>
if value > 0:
setattr(instance, self.storage_name, value)
else:
raise ValueError('value must be > 0')
class LineItem:
weight = Quantity()
price = Quantity()
def __init__(self, description, weight, price):
self.description = description
self.weight = weight
self.price = price
def subtotal(self):
return self.weight * self.price
測試：
raisins = LineItem('Golden raisins', 10, 6.95)
print(raisins.weight, raisins.description, raisins.price)
運行結果：
10 Golden raisins 6.95
這里的Quantity描述符類在實例化時，我們不再要求需要傳入一個storage_name了，而是在初始化方法中生成一個storage_name，這個storage_name由類名和uuid生成的隨機字符串組成
我們知道，如果我們對一個實例中的屬性賦值，如果這個屬性名在類中定義為描述符實例，在賦值時會自動觸發__set__方法，而__get__方法則是在我們讀值的時候自動觸發，__get__方法除了self（描述符實例）還會傳入兩個參數，instance和owner，instance是托管類實例，owner是托管類，在我們上面的例子instance即為LineItem的實例，owner即LineItem類，當讀取實例中的一個屬性，如果這個屬性在類中定義為描述符實例，則會觸發__get__方法
在__set__方法中，我們不再調用instance.__dict__[self.storage_name] = value的方式來賦值，而是直接使用setattr()方法來賦值。上一個例子中，我們測試了如果用setattr()方法來賦值的話會出現堆棧溢出的異常，那為什么我們這里又可以用了呢？是因為，我們真正存儲屬性值的時候，用的屬性名并不是類的描述符名，而是由Python解釋器生成一個Quantity_#_{uuid}隨機字符串，而這個隨機字符串，而這個字符串并未在類中注冊為描述符實例，所以我們調用setattr()，不會再像之前那樣產生堆棧異常
這里還有一點，當我們嘗試打印一下LineItem.weight這個描述符實例
LineItem.weight
運行結果：
Traceback (most recent call last):
……
return getattr(instance, self.storage_name)
AttributeError: 'NoneType' object has no attribute '_Quantity#f9860e73'
我們會發現，訪問LineItem.weight會拋出AttributeError異常，因為在訪問LineItem.weight屬性時，同樣會調用__get__方法，這個時候instance傳入的是一個None，為了解決這個問題，我們在__get__方法中檢測，如果傳入的instance為None，則返回當前描述符實例，如果instance不為None，則返回instance中的實例屬性
import uuid
class Quantity:
def __init__(self):
cls = self.__class__
prefix = cls.__name__
identity = str(uuid.uuid4())[:8]
self.storage_name = '_{}#{}'.format(prefix, identity)
def __get__(self, instance, owner):
if instance is None:
return self
else:
return getattr(instance, self.storage_name)
def __set__(self, instance, value):
if value > 0:
setattr(instance, self.storage_name, value)
else:
raise ValueError('value must be > 0')
這里我們修改另外一個章節Python動態屬性和特性（二）中的quantity()特性工廠方法，使之不需要傳入storage_name
import uuid
def quantity():
storage_name = '_{}:{}'.format('quantity', str(uuid.uuid4())[:8])
def qty_getter(instance):
return instance.__dict__[storage_name]
def qty_setter(instance, value):
if value > 0:
instance.__dict__[storage_name] = value
else:
raise ValueError('value must be > 0')
return property(qty_getter, qty_setter)
class LineItem:
weight = quantity()
price = quantity()
def __init__(self, description, weight, price):
self.description = description
self.weight = weight
self.price = price
def subtotal(self):
return self.weight * self.price
raisins = LineItem('Golden raisins', 10, 6.95)
print(raisins.weight, raisins.description, raisins.price)
運行結果：
10 Golden raisins 6.95
現在，我們對比一下描述符類和特性工廠，兩種方法都可以在對屬性設值或讀取時進行一些額外的操作，哪種更好呢？這里建議使用描述符類的方式，主要有兩個原因：
描述符類可以使用子類擴展，若想重用工廠函數中的代碼，除了復制黏貼，很難有其他的辦法
使用函數屬性和閉包保持狀態相比，在類屬性和實例屬性中保持狀態更易于理解
我們通過描述符類Quantity，在訪問和設置LineItem托管實例的weight和price時進行額外的操作，現在，讓我們更進一步，新增一個description描述符實例，對當要對LineItem實例的description屬性進行設置和訪問時，也增加一些操作。這里，我們要新增一個描述符類NotBlank，在設計NotBlank的過程中，我們發現它與Quantity描述符類很像，只是驗證邏輯不同
回想Quantity的功能，我們注意到它做了兩件不同的事，管理托管實例中的存儲屬性，以及驗證用于設置那兩個屬性的值。由此可見，我們可以通過繼承的方式，來復用描述符類，這里，我們創建兩個基類：
AutoStorage：自動管理儲存屬性的描述符類
Validated：擴展 AutoStorage 類的抽象子類，覆蓋 __set__ 方法，調用必須由子類實現的validate方法
稍后我們會重寫Quantity類，并實現NotBlank類，使它繼承Validated類，只編寫validate方法，類之間的關系如圖1-2：
圖1-2
圖1-2：幾個描述符類的層次結構。AutoStorage基類負責自動存儲屬性；Validated類做驗證，把職責委托給抽象方法validate；Quantity和NonBlank是Validated的具體子類。Validated、Quantity和NonBlank 三個類之間的關系體現了模板方法設計模式。
import abc
import uuid
class AutoStorage: # <1>
def __init__(self):
cls = self.__class__
prefix = cls.__name__
identity = str(uuid.uuid4())[:8]
self.storage_name = '_{}#{}'.format(prefix, identity)
def __get__(self, instance, owner):
if instance is None:
return self
else:
return getattr(instance, self.storage_name)
def __set__(self, instance, value):
setattr(instance, self.storage_name, value)
class Validated(abc.ABC, AutoStorage): # <2>
def __set__(self, instance, value): # <3>
value = self.validate(instance, value)
super().__set__(instance, value)
@abc.abstractmethod
def validate(self, instance, value): # <4>
"""return validated value or raise ValueError"""
class Quantity(Validated):
"""a number greater than zero"""
def validate(self, instance, value): # <5>
if value <= 0:
raise ValueError('value must be > 0')
return value
class NotBlank(Validated):
"""a string with at least one non-space character"""
def validate(self, instance, value): # <6>
value = value.strip()
if len(value) == 0:
raise ValueError('value cannot be empty or blank')
return value
AutoStorage類提供了之前Quantity描述符類的大部分功能
Validated類是抽象類，不過也同時繼承了AutoStorage類
Validated類中重寫__set__方法，先通過校驗方法，再調用父類的__set__方法來存儲值
抽象方法，具體實現由子類完成
Quantity實現了父類Validated的validate方法，校驗設置的值必須大于0
NotBlank實現了父類Validated的validate方法，校驗設置的值不能為空字符串
使用Quantity和NonBlank描述符的LineItem類
class LineItem:
description = NotBlank()
weight = Quantity()
price = Quantity()
def __init__(self, description, weight, price):
self.description = description
self.weight = weight
self.price = price
def subtotal(self):
return self.weight * self.price
測試新的LineItem類
raisins = LineItem(' ', 10, 6.95)
運行結果：
Traceback (most recent call last):
……
ValueError: value cannot be empty or blank
總結
以上是生活随笔為你收集整理的属性python_Python属性描述符（一）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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